[实用新型]单神经元及多神经元集群间神经信号传递特性探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于包括人类在内的脊椎动物的神经元和神经元集群电活动信号传递特性的研究装置，尤其涉及一种微电子系统辅助的单神经元及多神经元集群间神经信号传递特性探测装置。

背景技术

神经科学不断发展的近百年来，科学家开发了多种形式的MEA，用来对培养的包括神经元在内的细胞进行电信号记录和激励。然而,这些MEA大多都是与信号探测与激励的微电子系统分立的。2001年，德国Max Planck生化研究所的Peter Fromherz和Gunther Zeck将蜗牛的神经元置于一块有16个激励/记录双向功能电极位的硅片上，每个电极位用6个防止神经元移动的微型塑料柱包围，这样在邻近神经元之间以及神经元与硅片之间形成接口。他们在每个神经元下设计了一个电压刺激器，产生一种贯穿整个神经元的电脉冲，并由一个神经元传输到另一个神经元，最后又返回到硅片，从而在神经元层面上证明了信号能通过硅-神经元-神经元-硅回路进行传递。但由于所有这些MEA的每一个接触位点需要一条引出线，电极数目受到阵列引出线的限制。例如，德国MCS公司生产的MEA的最大电极位点数/引出线数为60，Max Planck生化研究所的MEA含16个激励/记录双向功能电极位点，这不足以对可识别神经元集群之间信号生成与传递特性进行更微观的研究。

2007年，本实用新型人提交了一项电极阵列的实用新型专利申请（申请号200720131008.7）。该实用新型将类似MOS单管读写存储器的结构应用于大规模电极阵列的设计，使每个电极点的工作状态可控的同时，大幅度减小电极对外引出线的数目。随后又提出行和列控制电压采用按时序施加方案，可以将芯片引出线从4N条降到2N+3条。然而，该方案对电极阵列只能实现精确到整行或者整列电极的控制。本实用新型提出数字化行列控制电压施加方案，可以实现单个电极的精确控制。同时，进一步将芯片引出线降低到N+5。

实用新型内容

本实用新型提供一种控制精度高的单神经元及多神经元集群间神经信号传递特性探测装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种单神经元及多神经元集群间神经信号传递特性探测装置，包括按照阵列分布的可单独控制的电极单元，该电极单元包括：激励电极和探测电极，在激励电极和探测电极上分别连接有激励开关和探测开关。

所述的激励开关包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管的源和第二MOS管的漏连接，第二MOS管的源与激励电极连接；所述的探测开关包括第三MOS管和第四MOS管，第三MOS管的源和第四MOS管的漏连接，第四MOS管的源与探测电极连接。

各行的电极单元中的第一MOS管的栅相连并形成各行的激励开关行控制端，在激励开关行控制端上连接有行激励串行输入-并行输出移位寄存器且各激励开关行控制端分别与行激励串行输入-并行输出移位寄存器的各并行输出端连接；各列的电极单元中的第二MOS管的栅相连并形成各列的激励开关列控制端，在激励开关列控制端上连接有列激励串行输入-并行输出移位寄存器且各激励开关列控制端分别与列激励串行输入-并行输出移位寄存器的各并行输出端连接；各行的电极单元中的第四MOS管的栅相连并形成各行的探测开关行控制端，在探测开关行控制端上连接有行探测串行输入-并行输出移位寄存器且各探测开关行控制端分别与行探测串行输入-并行输出移位寄存器的各并行输出端连接；各列的电极单元中的第三MOS管的栅相连并形成各列的探测开关列控制端，在探测开关列控制端上连接有列探测串行输入-并行输出移位寄存器且各探测开关列控制端分别与列探测串行输入-并行输出移位寄存器的各并行输出端连接。各激励信号输入端都与神经信号激励器相连；各探测信号输出端与神经信号探测器相连，再连接到多路选择电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型所述装置在本实用新型人2007年编号为200720131008.7实用新型专利申请的基础上提出如下改进：引入数字存储器的寻址方式，利用移位寄存器的串-并转换功能，在电极单元选择电路中实现“行、列地址”寻址，使每个电极点的工作状态可独立控制，极大的提高了电极阵列的使用灵活性：对于阵列点数为N×N的电极阵列，外部输入的2n-bits串行控制电平被移位寄存器转换成并行控制电平，即“行、列地址”后，用于控制各个电极。提高了电极阵列的控制精度。输出端采用多路选择器，电极引出线减少到N+5。

附图说明

图1是本实用新型二维微电极阵列实施例电路图。